頂刊動態丨Nature子刊/PNAS/AFM等電子材料前沿最新科研成果精選【第24期】

本期精選預覽：Adv. Funct. Mater. 石墨烯層疊高導電性和環境穩定性的有機透明電極；ACS Nano MoS2場效應晶體管動態存儲單元揭示飛安級漏電流；Adv. Funct. Mater. 低維TMD納米結構傳感器；Adv. Funct. Mater. 氧化石墨烯憶阻器中的導電石墨通道；Adv. Funct. Mater. 復合摩擦-壓電納米發電機中基于界面ZnO納米結構的的摩擦和壓電效應；Adv. Funct. Mater. 通過低聚氧化硅交聯誘彈性可伸展半導體聚合物的產生；Adv. Funct. Mater. 在PEDOT:PSS薄膜及晶體管上實現脂雙層的組裝；Adv. Funct. Mater. 改變受體單元獲得高效且可調諧的熱激遲滯熒光發射器；Nat. Nanotech. 可隨機相變的“神經元”系統；PNAS 過渡族金屬化合物中的抗磁性共價鍵。

1、Adv. Funct. Mater. 石墨烯層疊高導電性和環境穩定性的有機透明電極

圖1 可彎曲的層疊GL-TE（石墨烯層疊透明電極）薄膜

韓國蔚山科學技術大學的J.-W.Yoo（通訊作者）和S.-Y.Kwon（通訊作者）等人提出利用機械層疊的方法將含有二甲亞礬和Zonly含氟表面活性劑的PEDOT/PSS（聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸）薄膜和石墨烯阻擋層結合。經過層疊后，石墨烯被均勻平整的覆蓋到PDZ薄膜上，且界面處緊密結合，沒有褶皺和氣泡。該種層疊薄膜在室溫下展現了優異的空穴遷移率（85.1cm2.V-1.s-1），這種結構顯著提高了GL-TEs（石墨烯層疊透明電極）在高機械/熱應力，高濕度，高紫外輻射環境下的穩定性，石墨烯阻擋層的加入使得TE(透明電極)的壽命相對于預期提高了兩個數量級。

文獻鏈接：Highly Conductive and Environmentally Stable Organic Transparent Electrodes Laminated with Graphene（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602125）

2、ACS Nano MoS2場效應晶體管動態存儲單元揭示飛安級漏電流

圖2 電流結構示意圖與測量結果

明尼蘇達大學雙城分校的Steven J. Koester（通訊作者）等人展示了利用MoS2 MOSFET制備的單或雙晶體管動態存儲電路的操作。該研究測量了這一電路的保留時間，并通過兩晶體管存儲單元揭示了MoS2 MOSFET漏電流低至1.7×10?–15 A/μm，這低于傳統的直流測量的本底噪聲。

文獻鏈接：Dynamic Memory Cells Using MoS2 Field-Effect Transistors Demonstrating Femtoampere Leakage Currents (ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b03440)

3、Adv. Funct. Mater. 低維TMD納米結構傳感器

圖3 TMDs納米結構的分類以及TMDs納米結構傳感器的分析技術

新加坡國立大學的David Tai Leong（通訊作者）等人的這篇綜述回顧了基于類石墨烯2D TMDs納米結構傳感器的廣泛應用，同時介紹了迅速崛起的1維和0維TMDs納米結構子類。文章還分析了它們獨特有趣的結構、優異的性能和有效的制備方法，TMDs納米結構傳感器可以分辨，從重金屬離子到小分子、從DNA到蛋白質、從液體甚至到氣體等的分析目標，而且達到非常高的靈敏度和選擇性。

文獻鏈接：Low-Dimensional Transition Metal Dichalcogenide Nanostructures Based Sensors (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602136)

4、Adv. Funct. Mater. 氧化石墨烯憶阻器中的導電石墨通道

圖4 (a)(b)(c)不同膜層結構的伏安曲線；(d)(e)(f)膜層的橫截面明場透射圖像

韓國科學技術院的Sung-Yool Choi（通訊作者）、 韓國基礎科學研究院的Jeong Yong Lee（通訊作者）以及韓國蔚山科學技術大學的Hu Young Jeong（通訊作者）等人在低電壓球差矯正透射電鏡下直接觀察發現，在氧化石墨烯中存在納米尺度的導電石墨通道，這些通道是由內部的氧離子還原氧化石墨烯而形成。他們用Au做頂部電極，Al做底部電極，氧化石墨烯層則利用旋涂法制備于二者之間。并在研究中發現，在底部界面層中產生的鋁突起，是在強電場作用下氧化石墨烯薄膜上直接形成。總的來說，Au/GO/Al結構裝置表現出了雙極電阻開關的特性。該項工作為碳基納米電子器件的研究提供了基本信息、奠定了一定基礎。

文獻鏈接：Conductive Graphitic Channel in Graphene Oxide-Based Memristive Devices (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602748)

5、Adv. Funct. Mater. 復合摩擦-壓電納米發電機中基于界面ZnO納米結構的的摩擦和壓電效應

圖5 TPEG的摩擦起電和壓電生成的過程示意圖

香港城市大學的Walid A. Daoud（通訊作者）等人將摩擦起電和壓電發生器（TPEG）與鋁-聚二甲基硅氧烷/聚偏二氟乙烯復合碳（PPCF-Carbon）的夾層結構相結合，制備了能夠轉化一定的機械能的裝置。他們通過水熱法在PPCF表面形成納米棒狀氧化鋅（ZnO）以進行表面改性。隨后，為了探究的摩擦和壓電效應的傳導機理，主要分析了最終輸出電位組成比以及 ZnO界面的納米結構的影響。最后，還討論了電壓、功率密度、轉換效率以及外部負載電阻之間的關系。實驗證明，他們研制的TPEG是具有增強輸出電勢和高機械能量轉換效率的簡單有效的納米發電機

文獻鏈接：Triboelectric and Piezoelectric Effects in a Combined Tribo-Piezoelectric Nanogenerator Based on an Interfacial ZnO Nanostructure（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602529）

6、Adv. Funct. Mater. 通過低聚氧化硅交聯誘彈性可伸展半導體聚合物的產生

圖6 包含有課交聯線型側鏈和線型H-終結PDMS交聯劑的的DPP基共聚體的化學結構

近日來自斯坦福大學的鮑哲楠（通訊作者）及其團隊制備了一種具有彈性可伸展半導體聚合物。研究人員表示聚合物和靈活的低聚物交聯可被作為減少拉伸系數、改進拉伸斷裂屈服強度和抗疲勞強度的有效策略。這些高聚物和氧硅烷低聚物交聯制備出具有很好伸展性的薄膜，薄膜的拉伸強度穩定?=150%并可實現500次的100%拉伸和釋放循環而不出現納米裂痕。有機場效應晶體管是可用來評估交聯薄膜在循環拉伸下的的電學性能的。薄膜在無拉伸情況下最初的平均遷移率是0.66 cm2V-1s-1。當在進行過500次20%的拉伸循環后在垂直于拉伸方向上其電導率為0.4 cm2V-1s-1，而在平行于拉伸方向的電導率則受到了拉伸過程中褶皺形成的影響。

文獻鏈接：Inducing Elasticity through Oligo-Siloxane Crosslinks for Intrinsically Stretchable Semiconducting Polymers （Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602603）

7、Adv. Funct. Mater. 在PEDOT:PSS薄膜及晶體管上實現脂雙層的組裝

圖7 通過QCM-D技術表征PEDOT:PSS上形成脂雙層

國立巴黎高等礦業學院的Roisin M. Owens（通訊作者）和康奈爾大學的Susan Daniel（通訊作者）等人首次在導電聚合物薄膜PEDOT:PSS上形成可支撐的磷脂雙分子層（Supported lipid bilayers，SLB）。并可以基于有機電化學晶體管（OECTs）實現在PEDOT:PSS上局部形成SLBs，且對α-溶血素離子孔及將OECT作為生物膜功能的傳感器功能時的靈敏性都很好。

文獻鏈接：Supported Lipid Bilayer Assembly on PEDOT:PSS Films and Transistors（Adv. Funct.Mater., 2016, DOI：10.1002/adfm.201602123）

8、Adv. Funct. Mater. 改變受體單元獲得高效且可調諧的熱激遲滯熒光發射器

圖8 混合物合成路線中不同受體單元：Py2、Py5、Py56、Pm2、Pm5、Bz4和Bz3

國立臺灣大學的吳忠幟和中央研究院的汪根欉（共同通訊作者）等研究者利用足夠的受體及調節受體的內部結構，來獲得具備較小的三重態到單重態的能量間隙（ΔEST）及顯著的熱激遲滯熒光（TADF）特性的一系列D–π–A混合物，這些混合物可產出一系列高效的藍綠色到黃色波長之間的TADF發射器，光致發光量子產率可高達90%-100%。它們可用于有機發光二極管（OLEDs）中，外部的量子效率可高達23.1%-31.3%，而這是迄今所報道的最高效的TADF OLEDs。

文獻鏈接：Efficient and Tunable Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters Having Orientation-Adjustable CN-Substituted Pyridine and Pyrimidine Acceptor Units（Adv. Funct.Mater., 2016, DOI：10.1002/adfm.201602501）

9、Nat. Nanotech. 可隨機相變的“神經元”系統

圖9 基于相變設備，具有塑料突觸的人工神經元

IBM蘇黎世研究中心的Tomas Tuma和Evangelos Eleftheriou（共同通訊作者）帶領的研究團隊利用硫基相變材料制備出人工神經元，并通過納米級的相變設備的相組態來反映材料的膜電勢。利用這類相變神經元及其組裝體可探測并聯數據流及高寬域信號下的欠奈奎斯特數據間的相互關系。

文獻鏈接：Stochastic phase-change neurons（Nat. Nanotech., 2016, DOI：10.1038/nnano.2016.70）

10、PNAS 過渡族金屬化合物中的抗磁性共價鍵

圖10 不同幾何模型中過渡金屬二聚體的反鍵軌道

近日，俄羅斯金屬物理研究所的Sergey V. Streltsov（通訊作者）等人發現從基態關聯電子出發增加電子與離子之間的跳躍電子波函數來描述固體中的磁性，在一些情況下會失效，特別是對于4d與5d體系。過渡族金屬離子單線態分子軌道會造成這種現象。該現象會強烈抑制選擇性磁矩以及鐵磁性的雙重交流機制。

文獻鏈接：Covalent bonds against magnetism in transition metal compounds（PNAS, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1606367113）

本期內容由材料人電子電工學術組李小依，天行健，大黑天，Newgate，徐瑞，樹苗供稿，材料牛編輯整理。

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